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水 利 学 报

2022 年 1 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 1 期

文章编号：0559-9350（2022）01-0054-14

基于被动红外热成像的土石堤坝渗漏探测试验研究

周仁练 ，苏怀智 ，刘明凯 ，徐 朗 ，华倩宇 1，2
1，2
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（1. 河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098；
2. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098）
摘要：目前堤坝汛期渗漏险情的发现仍以人工巡视为主要手段，严重制约了应急处置水平。为探究自然环境条件
下被动红外热成像探测土石堤坝渗漏的可行性及其热图像特征和规律，搭建了能充分模拟土石堤坝汛期真实服役
条件的试验平台。试验表明，午后和夜间是利用红外热成像巡查土石堤坝渗漏的较佳时段，午后渗漏出口通常表
现为低温异常，而夜间则表现为高温异常；集中渗漏影响区在热图像上具有拖尾轮廓及大致以渗漏出口为中心的
温度梯度变化纹理特征；无论下游坝坡有无草皮覆盖，自然条件下被动红外热成像探测土石堤坝渗漏均是可行
的。
关键词：土石坝；堤防；渗漏；红外热成像；热图像
中图分类号：TV641 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210787

1 研究背景

［1］
截至 2018 年底，全国已建成各类水库大坝 98 822 座，5 级及以上堤防总里程长达 31.2 万 km ，
［2］
其中绝大部分为土石材质 。近年来台风强降雨等极端天气频现，加之工程质量受建设时期技术水平
［5］
的限制以及后期运管维护的综合影响 ［3-4］ ，我国土石堤坝渗漏病害至今较为严重 。如 2020 年汛期，
［6］
仅长江中下游堤防就出现漏洞、管涌、滑坡等渗漏险情多达 4335 处 。渗漏险情若不能被及时发现
［7］
并得到有效处置，极可能导致溃坝决堤，造成难以估量的损失 。
土石堤坝渗漏具有时空随机性、隐蔽性、初始量级细微等特点，渗漏从开始出险到堤坝破坏之
间的时间往往相当有限，及时发现、准确识别渗漏位置是保障土石堤坝安全的关键 ［8-10］ 。传统以量水
堰和测压管为主的渗漏监测手段 ［11］ ，存在点式监测覆盖面小的缺陷，易遗漏渗漏隐患。国内外学者
基于渗漏隐患区含水率较大而呈现出的理化性质差异，围绕土石堤坝渗漏间接诊断开展了广泛而深
入的研究，极大提升了土石堤坝渗漏病害辨识和处置能力。瞬变电磁法 ［12-14］ 利用不同含水率的介质对
快速变化的磁场将产生不同涡流强度，且含水率越大，产生的涡流场越强等特点推算土体含水情
况，对堤坝内部一定深度的渗漏隐患具有较强探测能力。探地雷达法 ［15-16］ 基于高频电磁波理论，通过
分析发射和接收的波形特征，从而推定渗漏隐患的空间位置和几何形态。基于介质电性特征探测的
高密度电阻率法 ［17］ 利用含水率较高的土石介质将呈现低阻的特点，可同时反映水平和垂直方向的电
阻率分布，测量精度较高，在工程中得到较多应用。受作业效率和工作面要求等限制，以上方法在
枯水期检测中应用广泛，但在土石堤坝汛期应急巡检中应用较少。分布式光纤温度传感监测方法 ［18-19］
近年来也被应用于渗流场监测，具有空间覆盖面广、时间连续性好等优点。然而该监测手段需要对
光纤进行预埋，并且目前光纤测温系统价格较昂贵，监测精度也有待突破，并未在实际工程中得到

收稿日期：2021-08-27；网络首发时间：2022-01-13
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220112.1619.001.html
基金项目：国家重点研发计划课题（2019YFC1510801，2018YFC0407101）；国家自然科学基金项目（51979093）
作者简介：周仁练（1996-），博士生，主要从事水工程安全研究。E-mail：zrenlian@163.com
通讯作者：苏怀智（1973-），博士，教授，主要从事涉水工程安全防控与提能延寿研究。E-mail：su_huaizhi@hhu.edu.cn
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